二、間接液體冷卻間接液體冷卻系統的設計,主要應保證熱源與熱沉之間有良好的導熱通路,盡可能減少接觸熱阻。間接液體冷卻與直接液體冷卻相比有如下特點:
① 冷卻劑不與電子元器件相接觸,減少對電子設備的污染;
② 可使用傳熱性能良好的冷卻劑,并在熱負載和環境條件發生變化時,能進行溫度調節;
③ 維修方便、簡單。1.導熱模塊具有高組裝密度的多芯片模塊(MCM)的熱量,用一般的冷卻技術(如風冷)已無法滿足要求,特別是對那些大型計算機的高性能微處理器更是如此。圖2是IBM3081計算機中微處理器的導熱模塊結構示意圖,導熱模塊包含多層陶瓷基板、118個芯片、導熱活塞、加載彈簧、模塊罩、氦氣和水冷冷板等,冷卻液(水)與發熱芯片不直接接觸。采用這種導熱模塊后,芯片的熱流密度可達20W/cm2。

圖2
實驗證明,功耗為4W的芯片,當冷板水的入口溫度為24℃時,芯片的表面溫度有59℃。傳熱路徑上各個熱阻的典型值分別敘述如下:
① 芯片內熱阻Rc。芯片表面的熱流量是均勻的,其背面與活塞是點接觸,熱量大多只能通過接觸點周圍(即芯片中心區域)傳至活塞,這就相當于有一個收縮熱阻。按有效散熱半徑r與芯片本身總有效半徑rc的比值來確定其Rc值。本例Rc=0.43℃/W。
② 芯片到活塞的熱阻Rc-p。它由接觸點的導熱熱阻、輻射熱阻和對流熱阻組成。要求此熱阻盡量小,本例Rc-p=2.9℃/W。
③ 活塞本身的熱阻 Rt。由芯片傳來的熱量大部分集中在活塞的端部,然后再擴散到其他部位,這就形成一個擴散熱阻(或稱為收縮熱阻),其值可以用圓錐體斷面導熱公式計算,得Rt=1.02℃/W。
④ 從活塞到模塊罩的熱阻Rp-h。可利用兩塊延伸平面或類似散熱器的換熱進行計算,其值約為2.15℃/W。
⑤ 模塊罩本身的熱阻Rh。由罩壁熱阻R1和罩蓋熱阻R2串聯組成,如圖3所示。L1是罩壁導熱路徑長度,L2是罩蓋厚度,罩壁內徑為dh,罩的外側寬(正方形)為dc,kc和kh分別為罩壁、罩蓋導熱系數,則Rh為

⑥ 模塊的總熱阻Rin t。即上述各熱阻之和,本例為8.08℃/W。

圖3
假設冷板水的溫度為24℃,即可求出允許的最大芯片功耗值,即

式中 Δtj-c——結至外殼的溫升;tj——節點溫度;tf——水溫度;Pm——模塊的總功耗;Re st——外熱阻(從罩蓋至水冷冷板的熱阻,本例約為0.02~0.04℃/W);Pc——芯片功耗;Ri nt——模塊內熱阻。